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Sensorsystem zur Gangphasenerkennung mittels einer Orthese und zur Bestimmung der Lage der Orthese in Raumdetermination

Baghshetsyan, Armen :
Sensorsystem zur Gangphasenerkennung mittels einer Orthese und zur Bestimmung der Lage der Orthese in Raumdetermination.
Technische Universität Darmstadt
[Bachelorarbeit], (2011)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zusammenfassung:

In der vorliegenden Bachelorarbeit wird ein Sensorsystem zur Erfassung der Lage einer Orthese im Raum und der Winkelstellung der Einzelteile der Orthese zueinander entwickelt. Zur Regelung einer aktiven Kniegelenkorthese ist die Kenntnis der Lage der Orthese und damit die Stellung des Beins des Benutzers bezüglich des Schwerefeldes, sowie die Winkel zwischen den Orthesenteilen von großer Bedeutung. Desweiteren kann die Orientierung der Orthesenteile ergänzend zur genaueren Identifizierung der Nutzerabsicht herangezogen werden.

Nachdem aus Versuchen und Vergleichen vorhandener Systeme die Kombination aus Drehraten und Beschleunigungssensoren am Oberschenkel und Winkelsensoren am Knie und Fußgelenk als beste Lösung hervorgeht, wird ein System zum Zusammenschalten und Auswerten der Sensoren entwickelt. Da die Orthese im Laufe des Gesamtprojektes mit weiteren Sensoren erweitert wird, wird das Konzept der Sensorintegration inbesondere in Hinsicht auf Erweiterbarkeit ausgelegt. Es handelt sich hierbei um ein digitales System das modular aufgebaut ist. Somit können weitere Sensoren an das System angeschlossen oder bereits integrierte Sensoren entfernt oder ausgetauscht werden. Die Module der analogen und digitalen Sensoren sind baugleich, sodass die entworfenen Platinen für weitere Sensoren übernommen werden können.

Die Analog-Digital-Wandlung erfolgt durch die Software auf dem im Modul integrierten Mikrocontroller MSP430FG479 von Texas Instruments, der intern zwei Operationsverstärker und einen 16 bit Analog-Digital-Wandler zur Verfügung stellt. Die Daten einzelner Module werden auf einer - im System integrierten - Hauptplatine gesammelt und zur weiteren Verarbeitung an einen Computer weitergeleitet. Der Datenaustausch zwischen der Hauptplatine und den einzelnen Modulen erfolgt über eine modifizierte SPI Schnittstelle, die gegenüber dem Standard-SPI nur eine Chip Select Leitung verwendet, die von Chip zu Chip weitergeleitet wird und so den Verkabelungsaufwand minimiert. Aufbauend auf den Sensorsignalen wird ein Softwarekonzept implementiert, mit dem die Lage aller Orthesenteile bezüglich des Erdschwerefeldes ermittelt werden kann.

Die Implementierung des Systems konnte zum Abschluss der Arbeit nicht abgeschlossen werden, da der ausgewählte Sensor nicht geliefert wurde.

Typ des Eintrags: Bachelorarbeit
Erschienen: 2011
Autor(en): Baghshetsyan, Armen
Titel: Sensorsystem zur Gangphasenerkennung mittels einer Orthese und zur Bestimmung der Lage der Orthese in Raumdetermination
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Zusammenfassung:

In der vorliegenden Bachelorarbeit wird ein Sensorsystem zur Erfassung der Lage einer Orthese im Raum und der Winkelstellung der Einzelteile der Orthese zueinander entwickelt. Zur Regelung einer aktiven Kniegelenkorthese ist die Kenntnis der Lage der Orthese und damit die Stellung des Beins des Benutzers bezüglich des Schwerefeldes, sowie die Winkel zwischen den Orthesenteilen von großer Bedeutung. Desweiteren kann die Orientierung der Orthesenteile ergänzend zur genaueren Identifizierung der Nutzerabsicht herangezogen werden.

Nachdem aus Versuchen und Vergleichen vorhandener Systeme die Kombination aus Drehraten und Beschleunigungssensoren am Oberschenkel und Winkelsensoren am Knie und Fußgelenk als beste Lösung hervorgeht, wird ein System zum Zusammenschalten und Auswerten der Sensoren entwickelt. Da die Orthese im Laufe des Gesamtprojektes mit weiteren Sensoren erweitert wird, wird das Konzept der Sensorintegration inbesondere in Hinsicht auf Erweiterbarkeit ausgelegt. Es handelt sich hierbei um ein digitales System das modular aufgebaut ist. Somit können weitere Sensoren an das System angeschlossen oder bereits integrierte Sensoren entfernt oder ausgetauscht werden. Die Module der analogen und digitalen Sensoren sind baugleich, sodass die entworfenen Platinen für weitere Sensoren übernommen werden können.

Die Analog-Digital-Wandlung erfolgt durch die Software auf dem im Modul integrierten Mikrocontroller MSP430FG479 von Texas Instruments, der intern zwei Operationsverstärker und einen 16 bit Analog-Digital-Wandler zur Verfügung stellt. Die Daten einzelner Module werden auf einer - im System integrierten - Hauptplatine gesammelt und zur weiteren Verarbeitung an einen Computer weitergeleitet. Der Datenaustausch zwischen der Hauptplatine und den einzelnen Modulen erfolgt über eine modifizierte SPI Schnittstelle, die gegenüber dem Standard-SPI nur eine Chip Select Leitung verwendet, die von Chip zu Chip weitergeleitet wird und so den Verkabelungsaufwand minimiert. Aufbauend auf den Sensorsignalen wird ein Softwarekonzept implementiert, mit dem die Lage aller Orthesenteile bezüglich des Erdschwerefeldes ermittelt werden kann.

Die Implementierung des Systems konnte zum Abschluss der Arbeit nicht abgeschlossen werden, da der ausgewählte Sensor nicht geliefert wurde.

Freie Schlagworte: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Drehratensensor, Schnittstelle Sensorsystem seriell, SPI-Bus, Winkelmessung resistiv
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mess- und Sensortechnik
Hinterlegungsdatum: 31 Aug 2011 10:23
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKB 1760

Art der Arbeit: Bachelorarbeit

Beginn Datum: 25-10-2010

Ende Datum: 25-03-2011

Querverweis: keiner

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Bachelor of Science (BSc.)

ID-Nummer: 17/24 EMKB 1760
Gutachter / Prüfer: Meiß, Dipl.-Ing. Thorsten ; Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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